某車型燃油箱行駛中異響的研究及優(yōu)化改進(jìn)

李鐵龍，陳強(qiáng)，覃濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

某車型燃油箱行駛中異響的研究及優(yōu)化改進(jìn)

李鐵龍，陳強(qiáng)，覃濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

隨著市場(chǎng)上的某車型由之前的工具車逐漸向乘用車過渡，用戶群體對(duì)車輛舒適性的感知越來越敏感。近期部分該車型出現(xiàn)燃油箱內(nèi)燃油晃蕩異響的問題，導(dǎo)致部分用戶抱怨嚴(yán)重，多次向廠家及相關(guān)部門投訴，并在論壇發(fā)帖抱怨，造成嚴(yán)重的影響。為及時(shí)解決此問題，經(jīng)過對(duì)比分析及驗(yàn)證，對(duì)燃油箱進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)后的樣件裝車測(cè)試，車輛不再出現(xiàn)燃油箱異響的情況，順利達(dá)成了預(yù)期目標(biāo)。

燃油箱；異響；抱怨；改進(jìn)；預(yù)期目標(biāo)

目前，汽車業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸激烈，產(chǎn)品的不斷快速更新迭代是占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的有效手段。在三線、四線城市這片廣闊市場(chǎng)，某品牌商用車系列車型已經(jīng)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，隨著該車型逐漸由工具車向乘用車的轉(zhuǎn)變，用戶群體對(duì)車輛舒適性的要求越來越高，而生產(chǎn)廠家對(duì)車輛的持續(xù)性改進(jìn)也不斷地滿足了用戶的需求[1]。近期，部分該品牌商用車系列車型出現(xiàn)行駛中燃油箱內(nèi)油液晃蕩異響的問題，雖然燃油箱異響的聲音分貝符合國(guó)家技術(shù)要求，但用戶感知明顯，存在嚴(yán)重抱怨[2]?，F(xiàn)很多用戶針對(duì)燃油箱異響問題已經(jīng)多次向廠家及政府相關(guān)部門進(jìn)行投訴，且有一部分用戶還在各個(gè)汽車論壇發(fā)帖抱怨，吸引了很多人的關(guān)注，對(duì)該品牌造成了極大的不良影響[3]。

由于該系列車型是該品牌最暢銷的車型，年銷量較大，如不及時(shí)改進(jìn)會(huì)導(dǎo)致抱怨進(jìn)一步升級(jí)、影響擴(kuò)大，嚴(yán)重影響品牌形象。因此，必須針對(duì)該系列車型的相關(guān)系統(tǒng)或零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以消除該系列車型燃油箱異響的問題。

通過對(duì)比分析，初步確定燃油箱異響的原因?yàn)槿加拖鋬?nèi)油液晃動(dòng)量過大，因此制定了幾套最終的改進(jìn)方案，即在燃油箱內(nèi)部增設(shè)隔板。根據(jù)每種改進(jìn)方案各生產(chǎn)出來10件樣件，而通過將做出來的樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證，對(duì)比改進(jìn)效果，并綜合成本考慮，確定了最終的改進(jìn)方案，并進(jìn)行了批量生產(chǎn)。

1　燃油箱異響問題分析

1.1外部原因分析

首先，對(duì)燃油箱異響問題進(jìn)行了路試確認(rèn)，經(jīng)過路試，發(fā)現(xiàn)車輛在不平路面行駛、加速或減速行駛時(shí)，燃油會(huì)在燃油箱內(nèi)晃動(dòng)沖擊油箱發(fā)出異響，尤其當(dāng)燃油箱內(nèi)燃油量處于1/2~2/3額定容積（約25 L ~35 L）時(shí)，異響最為明顯。

其次，對(duì)除燃油箱本身問題的其它可能的外部原因進(jìn)行了排查（見圖1）。針對(duì)此問題是否存在地域性區(qū)別，經(jīng)過確認(rèn)，反映該系列部分車型燃油箱異響的情況全國(guó)各地區(qū)均有反饋，不存在地域性差異，因此與地域性無關(guān)；然后考慮了裝配問題，檢查20臺(tái)異響的車輛燃油箱與地板、車架的間隙配合不存在干涉，說明與裝配無關(guān)；考慮到產(chǎn)品質(zhì)量問題也可能是導(dǎo)致此問題的原因，通過對(duì)多輛有異響的車輛更換新的各批次生產(chǎn)的燃油箱配件后，異響現(xiàn)象并沒有消除，說明不是產(chǎn)品質(zhì)量問題，因此懷疑為燃油箱的結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致出現(xiàn)此異響的情況。

圖1　燃油箱異響原因分析

2.2結(jié)構(gòu)原因分析

考慮到該品牌的其它車型并未反饋有批量燃油箱異響的問題，于是對(duì)公司現(xiàn)有的部分車型車輛進(jìn)行燃油箱異響測(cè)試對(duì)比，最終發(fā)現(xiàn)某車型（無隔板）、某車型（有隔板）均聽不到燃油箱異響。從燃油箱外形、結(jié)構(gòu)對(duì)比分析，推斷該系列車型異響的根本原因應(yīng)為燃油箱布置異形，燃油箱高度偏高，同時(shí)燃油箱容積較大，且沒有隔板，燃油晃動(dòng)沖擊較為嚴(yán)重，造成異響，詳細(xì)如圖2所示。

圖2　部分車型燃油箱結(jié)構(gòu)

2　改進(jìn)設(shè)計(jì)

在針對(duì)各個(gè)對(duì)標(biāo)車輛的分析中，發(fā)現(xiàn)大部分較大的金屬油箱內(nèi)均有隔板，如浪迪、歐諾、奧拓、悅翔、Ertige等，雖然隔板的形狀或構(gòu)造各有不同，但隔板的基本作用都是一樣的，詳細(xì)如圖3所示。

圖3　各對(duì)標(biāo)車輛的油箱內(nèi)部隔板結(jié)構(gòu)

由于國(guó)家法規(guī)規(guī)定汽油車輛的續(xù)航里程至少要達(dá)到500 km，考慮到該車型的百公里燃油消耗，必須要保證燃油箱的容積要求，若要降低燃油箱的高度則必須改變?nèi)加拖涞恼w尺寸設(shè)計(jì)，同時(shí)還涉及到生產(chǎn)模具的改變及裝配工藝等的改變，成本較高。因此，考慮將該系列車型的燃油箱增設(shè)隔板，降低燃油在油箱內(nèi)的晃動(dòng)量，以消除燃油晃動(dòng)所造成的異響，達(dá)到成本最優(yōu)，效果最好的目的。而晃蕩現(xiàn)象主要分為“動(dòng)力”現(xiàn)象和“砰擊”現(xiàn)象，是十分復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象，而燃油箱內(nèi)油液晃蕩產(chǎn)生異響屬于“動(dòng)力”現(xiàn)象，也叫強(qiáng)迫晃蕩。

2.1燃油箱內(nèi)液體作強(qiáng)迫晃蕩分析

采用基于有限體積概念的流體體積法(VOF法)來模擬剛性容器內(nèi)液體的二維晃蕩，該車型燃油箱尺寸為：長(zhǎng)L=85 cm，寬d=32 cm，高度h=28 cm，假定初始有一擾動(dòng)位移x，其分布為：η=0.5co如圖4所示。考慮到微幅波動(dòng)情況下實(shí)際流體與理想流體運(yùn)動(dòng)差別不大，故利用理想流體線性解析解對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

圖4　油液波動(dòng)模擬示意圖

理想流體在微幅波動(dòng)的情況下，長(zhǎng)為L(zhǎng)的矩形容器內(nèi)不計(jì)表面張力的流體運(yùn)動(dòng)控制方程。關(guān)于邊界條件和求解過程，已有相關(guān)的詳細(xì)描述，這里只直接寫出液面波動(dòng)的表達(dá)式：η=0．5，式中ω是由理想流體波動(dòng)頻率公式。

設(shè)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)幅值Xo=0.5 cm，頻率f=0.77 Hz，則計(jì)算結(jié)果見圖5所示，圖中給出了4 s~5 s間，液面的波動(dòng)情況及其箱底左下角那一點(diǎn)上的壓力隨時(shí)間的變化。

（續(xù)下圖）

（續(xù)上圖）

圖5　強(qiáng)迫縱蕩運(yùn)動(dòng)下箱內(nèi)液體晃蕩

2.2燃油箱的改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上理論并通過計(jì)算及分析，可以看到燃油箱內(nèi)油液的波動(dòng)情況與燃油箱的長(zhǎng)度密切相關(guān)。為了有效地降低燃油在油箱內(nèi)的大幅晃動(dòng)，在進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)之初，參考各對(duì)標(biāo)車輛的油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，初步制定了以下改進(jìn)方案。

考慮到為了降低燃油在燃油箱內(nèi)的無阻礙流動(dòng)距離，在燃油箱內(nèi)增設(shè)隔板2和隔板3，分別垂直布置與燃油箱長(zhǎng)1/3及2/3處，而燃油箱左側(cè)高度較高，在油量超過一定量時(shí)容易產(chǎn)生晃蕩，所以增設(shè)隔板1，詳細(xì)布置方案如圖6所示。

圖6　油箱內(nèi)隔板的布置方案

為了對(duì)比驗(yàn)證出最合理的改進(jìn)方案，分別擬定了下表1中的五個(gè)改進(jìn)方案，同時(shí)針對(duì)每種改進(jìn)方案各生產(chǎn)了60件樣件進(jìn)行裝車驗(yàn)證，詳細(xì)改進(jìn)方案如表1所列。

表1燃油箱改進(jìn)方案

方案一方案二方案三方案四方案五隔板組合隔板1隔板1+2隔板1+3隔板2+3隔板1+2+3質(zhì)量/g234539502573807成本/元2.445.625.235.978.41

3　改進(jìn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)以上五種改進(jìn)方案，各生產(chǎn)了60件樣件進(jìn)行裝車路試，以便進(jìn)行充分的裝車驗(yàn)證，以此來判斷相應(yīng)的改進(jìn)效果（見圖7）。通過為反饋該車型加速或減速時(shí)燃油箱內(nèi)燃油晃蕩異響的用戶更換改進(jìn)后的樣件，經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤，尤其是對(duì)經(jīng)常用車或經(jīng)常跑各個(gè)路況的用戶的特別跟蹤，對(duì)這幾個(gè)改進(jìn)方案的效果有了基本的掌握，詳細(xì)驗(yàn)證情況如表2所列。

圖7　燃油箱隔板增加效果圖（引于內(nèi)部資料）

表2　燃油箱改進(jìn)方案驗(yàn)證結(jié)果

結(jié)合以上驗(yàn)證結(jié)果，按初步確認(rèn)的最佳改進(jìn)方案批量生產(chǎn)了200件樣件進(jìn)行故障車裝車驗(yàn)證，跟蹤回訪用戶，實(shí)際效果表現(xiàn)明顯，車輛均無異響出現(xiàn)。綜合以上驗(yàn)證結(jié)果，可以總結(jié)出方案三，即增設(shè)隔板1和隔板3為最佳的改進(jìn)方案。通過這次改進(jìn)，可以完全的解決該系列車型加速或加速時(shí)燃油在燃油箱內(nèi)晃蕩異響的問題。

4　結(jié)束語

在遇到燃油箱內(nèi)燃油晃蕩異響問題時(shí)，綜合分析了各方面可能導(dǎo)致該問題出現(xiàn)的原因，如地域因素、裝配問題、產(chǎn)品質(zhì)量問題，同時(shí)進(jìn)行了合理的分析、對(duì)比及驗(yàn)證，以此來判斷該問題的根本原因，最后確認(rèn)是燃油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。

根據(jù)已鎖定的問題的根本原因，制定了幾套合理的改進(jìn)方案，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的裝車驗(yàn)證，從而確認(rèn)最終的改進(jìn)方案“增設(shè)隔板1及隔板3”，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，消除了該系列車型燃油箱異響的問題。后續(xù)跟蹤曾抱怨燃油箱內(nèi)燃油晃蕩異響的車輛的表現(xiàn)，尤其是經(jīng)常用車或經(jīng)常在各種路況使用的車輛，更換改進(jìn)的燃油箱后均未再次反饋燃油箱異響，證明改進(jìn)方案確實(shí)有效。

通過這次對(duì)燃油箱異響的研究及優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步掌握了一些故障的分析及研究方法，并能夠在今后的項(xiàng)目開發(fā)中針對(duì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，避免類似問題再次出現(xiàn)，為保證車輛的質(zhì)量穩(wěn)定性提供了一定的幫助。

[1]曾江紅，王照林.粘性流體大幅晃動(dòng)的ALE有限元模擬[J].強(qiáng)度與環(huán)境，1996，（3）：22-31.

[2]朱代義，谷正氣，梁小波.基于流固耦合燃油箱動(dòng)態(tài)特性分析[J].現(xiàn)代制造工程，2009，（6）：13-17.

[3]祝國(guó)旺，高健，李培根，等.基于特征的產(chǎn)品建模研究[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，（2）：97-100.

[4]朱仁慶，顏開，吳有生.盛液容器內(nèi)液體二維晃蕩的數(shù)值模擬[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，（2）：15-20.

The Analysis and Improvement of the Abnormal Sound of Some Vehicle Model’S Fuel Tanks

LI Tie-long，CHEN Qiang，QIN Tao
（Saic GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

As some vehicle model in the market are transforming from a tool car to a passenger car，the customers become more and more sensitive to the comfort of the vehicles.Recently，there is a problem that the fuel in the vehicle model’s fuel tanks makes abnormal sound，which makes many customers complain to the automobile manufacturer and other government departments about it，and causes the customers post in various forums，making a bad influence on the brand.By analyzing and testing，improve the structure of fuel tank，and after that the fuel tanks don’t make abnormal sound any more，and then we achieving the goal smoothly.

fuel tank；abnormal sound；complaints；improvement；expected target

U472

A

1672-545X（2016）10-0192-03

2016-07-20

李鐵龍（1987-），男，吉林四平人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向主要為發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油及進(jìn)排氣系統(tǒng)。